Zašto su kablvi izolirani

Zašto su kabeli izolirani?

U modernim električnim sustavima, osim nadzemnih vodova visokog napona postavljenih na električne stubove, gotovo svi dana upotrebljivi kabeli su izolirani. Stepenu otpornosti na izolaciju u kabelu intrikatno je vezan za njegov namijenjeni primjeni. Izolacija služi više ključnih funkcija. Osim smanjenja gubitaka energije okolišu, njezina najvažnija uloga je zaštita ljudskih života sprječavanjem strujnih udara.

Elektricitet predstavlja značajnu opasnost. Jedan slučajan kontakt s aktivnim kablom može imati smrtonosne posljedice, ne ostavljajući prostora za drugu šansu. Naša tijela su djelomični vodiči elektriciteta. Kada dodirnemo nosač struje, električna struja će teći iz nosača u naše tijelo. Uz ograničenu vodljivost našeg tijela, ne može efektivno disipirati dolaznu struju. Kada količina struje premaši toleranciju našeg tijela, to može dovesti do smrtonosnog ishoda.

Za sprečavanje takvih tragičnih nesreća u domaćim i industrijskim okruženjima, izolacija kabela postala je bitna pretpostavka. Izolacija djeluje kao barijera, sprječavajući curenje struje i osiguravajući da su aktivni električni komponenti nedostupni, time eliminirajući rizik od strujnih udara.

Što je izolator?

Izolator je materijal ili tvar koja se suprotstavlja protoku topline i elektriciteta. Taj otpor proizlazi iz odsutnosti slobodno pokretlih elektrona unutar materijala. Kada su vodiči pokriveni izolacijskim materijalima, poput polivinil hlorida (PVC), kaže se da su izolirani. Taj proces, poznat kao izolacija, služi za sprječavanje disipiranja električne energije i signala u okoliš.

Učinak temperature na izolirane materijale

Temperatura ima značajan utjecaj na električna svojstva različitih materijala. U vodičima, povećanje temperature dovodi do povećanja otpora. Naprotiv, poluvodiči i izolatori pokazuju smanjenje otpora kako temperatura raste. Pod ekstremnim temperaturnim uvjetima, poluvodič može se pretvoriti u bolji vodič, a izolator čak može pokazati poluvodičko ponašanje.

Otpornost na izolaciju kabela

Vodiči kabela su obloženi izolacijom odgovarajuće debljine kako bi se sprječilo curenje struje. Debljina izolacije ovisi o namjeni kabela. U kabelu, put curenja struje je radijalni, a izolacija pruža radijalni otpor protoku struje duž cijele duljine.

Rins = ρdr/2πrl

Za jednosječivan kabel s vodičem polumjerom r1, unutarnjom omotnjom polumjerom r2, duljinom l i izolacijskim materijalom s otpornosti ρ, opseg vodiča je 2πr1. Diferencijalna debljina izolacije označena je kao dr. Otpornost na izolaciju Rins može se izraziti kao:

Rins = ρ/2πl[loge r2/r2]

Važno je napomenuti da je Rins obrnuto proporcionalan duljini l kabela, što se razlikuje od odnosa R=ρl za otpor vodiča, gdje ρ predstavlja specifičnu konstantu materijala - specifičnu otpornost.

Neki kabeli, poput koaksijalnih kabela, imaju više slojeva izolacije i više jezgra. U koaksijalnim kabelima, središnji vodnik služi kao glavni vodič. Dodatna jezgra dizajnirana su za potrebe zemljanja i zaštite od pobega elektromagnetskih valova i zračenja. Koaksijalni kabel sastoji se od unutarnjeg vodiča, obično izrađenog od bakra zbog njegove niske specifične otpornosti (i ponekad plakiranog za poboljšanu performansu), obloženog nizom izolacijskih slojeva. Ti slojevi često uključuju dielektrični materijal, foliju od aluminija ili mrežu od bakra i vanjsku omotnicu od PVC. Vanjska omotnica štiti kabel od vanjskih okolišnih faktora. Kada se napon primijeni na unutarnji vodič, štit ostaje na zanemarljivoj razini napona.

Koaksijalni dizajn pruža značajne prednosti. On ograničava električna i magnetska polja unutar dielektričnog materijala, smanjujući curenje van štita. Više slojeva izolacije učinkovito blokiraju vanjska elektromagnetska polja i zračenja, sprečavajući interferenciju. Budući da vodiči većeg promjera imaju niži otpor i emitiraju manje elektromagnetskog curenja, a dodatna izolacija dalje smanjuje takvo curenje, koaksijalni kabeli s više slojeva izolacije idealni su za prijenos slabi signalaca koji su osjetljivi na interferenciju.

Značajke izoliranog kabela

S obzirom da se otpornost na izolaciju kabela određuje njegovom dizajnom svrhom, inženjeri moraju uzeti u obzir nekoliko faktora prilikom dizajniranja kabela. Na primjer, koaksijalni kabeli zahtijevaju ekstenzivnu izolaciju kako bi se sprečilo curenje snage i pobeg elektromagnetskih valova, često sadrže dvije, tri ili čak četiri sloja izolacije. Različiti kabeli su dizajnirani za različite primjene, ali općenito dijele sljedeće ključne značajke:

• Otpornost na toplinu: Sposoban izdržati visoke temperature bez degradacije.

• Visoka otpornost na izolaciju: Smanjuje curenje struje i osigurava električnu sigurnost.

• Mehanička otpornost: Otporan na rez, povrede i abraziju, osiguravajući dugoročnu pouzdanost.

• Izvrsna svojstva: Ispostavlja odlična mehanička i električna svojstva.

• Otpornost na kemikalije: Otporan na ulje, rastvori i različite kemikalije.

• Otpornost na okoliš: Neprozirni za ozonski i vremenski uvjeti, prikladan za upotrebu unutra i vani.